CH298287A

CH298287A - An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem zur Erzeugung eines Ladungsträgerstrahles.

Info

Publication number: CH298287A
Authority: CH
Inventors: Gmbh Sueddeutsche Laboratorien
Original assignee: Sueddeutsche Lab Gmbh
Priority date: 1948-10-01
Filing date: 1951-07-17
Publication date: 1954-04-30

Description

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An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem zur Erzeugung eines Ladungsträgerstrahles. Als Strahlerzeugungssystem für Elektro- nenstrahIgeräte, insbesondere für Elektronenmikroskope, verwendet man in der Regel ein aus Glühkathode, Wehnelt-Zylinder und Anode bestehendes Triodensystem. Bei der mit. Wehnelt-Zylinder versehenen Elektrode sind ihre intensitätssteuernde sowie ihre elektronenoptische Wirksamkeit eng miteinander gekoppelt.

Die Intensitätssteuerung wird im wesentlichen durch Begrenzung der zum Emissionsstrom beitragenden Gebiete der Kathode erreicht. Gleichzeitig bedeutet eine Einengung dieses Bereiches eine Verringerung des Strahlquerschnittes. Das gleiche gilt für Geräte, die mit positiven Ladungsträgern arbeiten.

Ein derartiges bekanntes und bisher ge- brä.nehliches System stellt elektronenoptisch ein sehr kurzbrennweitiges Immersionssystem dar. Die aus der Raumladungszone austretenden, noch sehr langsamen Elektronen werden durch ein stark sammelndes elektrisches Feld in unmittelbarer Nähe des Systems in einem Brennfleck fokussiert, aus welchem der gebildete Elektronenstrahl mit verhältnismässig starkerDivergenzaustritt. Dadurch ist.

in vielen praktischen Fällen die Stromdichte des Elektronenstrahls auf einem züi bestrahlenden Objekt, welches in gewisser Entfernung von der Kathode angeordnet ist, schon so stark abgesunken, dass man zur Verbesserung der Ob- jektbestrahlung einen Kondensor verwenden muss.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden.

Gegenstand der Erfindung ist ein an Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elek- trodensystem zur Erzeugung eines Ladungs- trägerstrahls mit einer Emissionselektrode, einem dieselbe umgebenden Steuerelektrodengebilde und einer Beschleunigungselektrode. Dasselbe zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass zwischen der Emissionselek- trode und dem Steuerelektrodengebilde in unmittelbarer Nähe der Emissionselektrode ein in Strahlrichtung stark vorgewölbtes Hilfs- elektrodengebilde vorgesehen.

ist, dessen mittleres Potential gegenüber der Emissionselektrode das gleiche Vorzeichen besitzt wie die emittierten Ladungsträger, so dass nur ein aus dem Hilfselektrodengebilde in Strahlrichtung vorragender Teil der Emissionselektrode Ladungsträger emittiert. Durch geeignete Einstellung des mittleren Potentials des Hilfselektrodengebildes und desjenigen des Stenerelektrodengebildes kann die gewünschte Pokussiei-ting erreicht werden.

Die Emissionselektrode kann Elektronen oder positiv geladene Materialteilchen, also Ionen emittieren.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass eine einzige, die

Emissionselektrode in ihrem hintern Teil umgebende, kegelförmige Hilfselektrode vorgesehen ist. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass .das Hilfselektrodengebilde unterteilt ist, und dass ferner Mittel vorgesehen sind, um dessen einzelnen Teilen Potentiale verschiedener Grössen, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuzuführen. Ebenfalls vorteilhaft ist es, das Steuerelektrodengebilde zu unterteilen, wobei hier ebenfalls Mittel vorgesehen sind, um dessen einzelnen Teilen Spannungen verschiedener Grösse,

jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuzuführen. Dabei können die Mittel zum Einstellen der Potentiale für das Steuerelektrodengebilde oder deren Teile und der Potentiale für das Hilfselektrodengebilde oder deren Teile mechanisch und elektrisch unabhängig voneinander sein.

Eine Möglichkeit, dem Steuerelektro- dengebilde und dem Hilfselektrodengebilde voneinander unabhängige Potentiale zuzuführen, besteht, darin, der Hauptbetriebsspannung einen Widerstand parallel zu schalten und das oder die Potentiale für das Steuerelektrodengebilde und für das Hilfselektro- dengebilde von mindestens zu Teilen des Parallelwiderstandes parallel geschalteten hochohmigen Potentiometern abzugreifen.

Soweit ungewollte Änderungen der Apertur des Ladungsträgerstrahls bei Änderung von dessen Intensität auftreten würden, können diese vorteilhaft durch elektrische oder mechanische Kopplung der Mittel zum Einstellen der Potentiale kompensiert werden, so dass die Apertu.r konstant bleibt. Diese Kopplung kann auch aus einer gemischten elektrischen und mechanischen Kopplung bestehen und mittelbar oder unmittelbar sein.

Das Elektrodensystem kann auch zur Erzeugung von bandförmigen, hohlkegelförmigen und holzylinderförmigen Elektronenstrahlen ausgebildet werden, indem man die Emissionselektrode in zahlreiche kleine Elemente geringer Dicke unterteilt -und dieselben auf einer Geraden oder einem Kreise, gege- benenfalls mit zueinander geneigter Achsen- richtung entsprechend der gewünschten Form des Elektronenstrahls aneinanderreiht.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele des Elektrodensystems gemäss der Erfindung mit einer Elektronen emittierende Emissionselek- trode, Glas heisst einer Glühkathode.

In Fig. 1 ist. ein Glühkathodendraht 1 innerhalb einer sie umgebenden, derbekannten Wehnelt-Elektrode entsprechenden Steuerelektrode 2 gegenüber einer mit einem Loch ver- sehenen, auf einer gegenüber dem Kathodendraht hohen positiven Spannung liegenden Anode 4 angeordnet.

Die Elektronen des strichpunktiert gezeichneten Strahls 3 werden durch eine den hintern Teil der Kathode eng umschliessende, kegelförmige Elektrode 5, die gegenüber dem Kathodendraht negativ vorgespannt ist, gerade in dem Teil ihrer Bahn, in dem sie die geringste Geschwindigkeit aufweisen, stark beeinflusst, und zwar derart, dass der Überkreuzungspunkt in Strahlrich- 'tung weit hinter der Anode .1 liegt. Ohne die Hilfselektrode 5 würde die Elektronenbahn entsprechend den punktiert. bezeichneten Linien verlaufen.

Infolge ihres negativen Potentials verhindert. die Hilfselektrode 5 die Elektronenemission auf dem von ihr umschlossenen Teil der auf Glühtemperatur gebrachten Kathode 1, so dass nur der aus ihr hervorragende Teil der Kathode emittiert, wobei die Emission von der Wehnelt-Elektrode 2 in ihrer Intensität gesteuert wird. Beide Elektroden 2 und 5 sind rotationssymme- trisch und ungeteilt. Die Hilfselektrode 5 kann mit der Wehnelt-Elektrode 2 auf dem gleichen Potential gehalten werden.

In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, ,dass die Hilfselektrode 5 und ihr Träger 6 von der Wehnelt-Elektrode isoliert ist, so dass ihre Potentiale unabhängig voneinander gesteuert. werden können. Eine Schaltungsanordnung hierfür besteht nach Fig. 1 darin, dass die Potentiale der Hilfselektrode 5 und der Wehnelt-Elektrode 2 in bezug auf die Kathode 1 von zwei Potentio- metern 7 und 8 abgegriffen werden. Der

Stromkreis der in üblicher Weise angeschlossenen Anode 4 des Strahlerzeugungssystems ist nicht weiter dargestellt.

Parallel zur Hauptbetriebsspannung ist ein aus Teilwiderständen 9, 10, 11 und 12 gebildeter Widerstand geschaltet. Die Potentiometer 7 und 8, die mindestens im Vergleich zu den zu ihnen parallel liegenden Teilwiderständen 9 und 10 sehr hochohmig sind, liefern. daher gegenüber der Kathode 1 veränderliche Regelspannungen für die Wehnelt-Elektrode'2 und die Hilfselektrode 5, die voneinander elektrisch entkoppelt sind. Mit 13 und 14 sind die An- schlüsse an die im übigen nicht dargestellte Hochspannungsanlage, mit 15 und 16 die Kathodenheizungsanschlüsse bezeichnet.

Beim Elektrodensystem nach den Fig. 2 (in Ansicht) und 3 (im Mittelschnitt) ist die Wehnelt-Elektrode in sechs voneinander isolierte Sektoren 2' und die Hilfselektrode in sechs entsprechend- voneinander isolierte Sektoren 5' unterteilt, an die j e verschiedene Potentiale gelegt seien. Eine elektrische Potentiometerschaltung hierfür entspricht im Aufbau grundsätzlich derjenigen von Fig. 1 und ist nicht im einzelnen dargestellt.

Es ist aber ohne weiteres durchführbar, die verschiedenen Potentiale für die einzelnen Sektoren an weiteren Abgriffen der Potentiometer 7 und 8 (Fig. 1) oder an gesonderten Pot.entio- metern abzugreifen und zu regeln.

Die Potentialverhältnisse sind beispielsweise so gewählt, dass, wenn die Anode sich auf dem Potential Null befindet., das Wehnelt-Elektrodengebilde 2' und das Hilfselek- trodengebilde 5' im Mittel je auf Potentialen von -50,5 kV und die Glühkathode 1 auf --50,0 kV gehalten werden. Dabei können dann die Potentiale des Wehnelt- und des Hilfselektrodengebildes verschieden geregelt werden.

Unterteilt man die Elektrodengebilde, etwa nach Fig. 2 und 3 in Sektoren, und führt man diesen Sektoren verschiedene Potentiale zu, so kann man je nach der Wahl dieser Potentiale sowohl die Richtung des Elektronenstrahls beeinflussen, also eine Schwenkung des Strahls vornehmen, als auch die Form des Elektronenstrahls zweckentspre- chend wählen, was beispielsweise bei Röntgenröhren von Bedeutung ist.

Dabei können die an die einzelnen Teile des Hilfselektroden- gebildes gelegten Potentiale derart. gewählt werden, dass durch eine zu einer senkrecht zur Strahlachse stehenden Achse symmetrische Potentialverteilung ein Strahl mit länglichem, vorzugsweise bandförmigem Querschnitt gebildet wird. Atü diese Weise kann auch bei kreisrunder Emissionsfläche die Kathode einen Strahl erzeugen, der auf _ der' Antikathode der Röntgenröhre einen länglichen, vorzugsweise nahezu strichförmigen Brenn- \Fleck .erzeugt.

Wendet man ein solches Strahl- erzeugungssystem auf eine Röntgenröhre an, deren Antikathodenoberfläche gegen eine zur Strahlrichtung senkrechte Ebene nur wenig geneigt ist, so kann die Potentialverteilung der Teile der Hilfselektrode so, gewählt werden, dass die Richtung der grössten Erstrek- kuung des länglichen Querschnittes in der die Strahlachse und die Antikathodennormale enthaltenden Ebene liegt.

Die Zeichenschärfe einer solchen Röntgenröhre ist in derjenigen Richtung besonders gross, aus denen der längliche Brennfleck etwa kreisrund oder quadratisch erscheint. Man kann eine solche Röntgenröhre wegen der besseren Wärmeableitung des länglichen Brennfleckes bekanntlich bei gleicher Zeichenschärfe weit höher belasten als eine Röntgenröhre mit kreisrundem oder' quadratischem Brennfleck. Das Elektroden- systein gestattet also im Bedarfsfalle, zur Erhöhung der Strombelastbarkeit die Röhre anstatt mit einem runden, mit einem länglichen, vorzugsweise strichförmigeri,

Brennfleck zu verwenden.

Claims

PATENTANSPRUCH: An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem zur Erzeugung eines La- dungsträgerstrahls, mit einer Emissionselek- trode, einem dieselbe umgebenden.Steuerelek- trodengebilde und einer Beschleunigungselek- trode, dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen <Desc/Clms Page number 4> der Emissionselektrode und dem Stenerelek- trodengebilde in unmittelbarer Nähe der Emissionselektrode ein in Strahlrichtung stark vorgewölbtes Hilfselektrodengebilde vorgesehen ist, dessen mittleres Potential gegen- über der Emissionselektrode das gleiche Vorzeichen besitzt wie die emittierten Ladungsträger, so dass nur ein aus dem Iiilfselektro- dengebilde in Strahlrichtung vorragender Teil der Emissionselektrode Ladungsträger emittiert. UNTERANSPRÜCHE 1.

An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfselek- trodengebilde aus einer einzigen kegelförmigen Hilfselektrode (5) besteht (Fug. 1). 2.

An Potentialeinstellmittel angeschlosse- nes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfselek- trodengebilde (5') unterteilt ist, und dass die Potentialeinstellmittel dessen einzelnen Teilen gegenüber der Emissionselektrode Potentiale verschiedener Grösse, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuführen (Fug. 2 und 3). 3.

An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelek- trodengebilde (2') unterteilt ist, und dass die Potentialeinstellmittel dessen einzelnen Teilen Potentiale verschiedener Grösse, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuführen (Fug. 2 und 3). 4.

An Potentialeinstellmittel angeschlosse- nes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes mechanisch und elektrisch unabhängig voneinander sind. 5.

An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes miteinander elektrisch gekoppelt sind. 6:

An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensy-stein nach Unteranspinieh 4, mit zur Hauptbetriebsspannung parallel geschaltetem Widerstand (9-12), dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Potentiale für das Steuerelektrodengebildeund für das Hilfs- elektrodengebilde von mindestens zu Teilen (9; 1.0) des Parallelwiderstandes parallel geschalteten liochohmigen Potentiometern (7; 8) abgenommen werden (Fug. 1). 7.

An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass .die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes miteinander mechanisch gekoppelt sind. B. An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes derart miteinander gekoppelt sind, dass die Apertur des Ladungsträgerstrahls bei Änderung von dessen Intensität unverändert bleibt.